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KR101270172B1 - Oxide thin film transistor and manufacturing method for the same - Google Patents

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KR101270172B1
KR101270172B1 KR1020070087307A KR20070087307A KR101270172B1 KR 101270172 B1 KR101270172 B1 KR 101270172B1 KR 1020070087307 A KR1020070087307 A KR 1020070087307A KR 20070087307 A KR20070087307 A KR 20070087307A KR 101270172 B1 KR101270172 B1 KR 101270172B1
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박재철
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Abstract

본 발명은 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 산화물 박막 트랜지스터에 있어서, 게이트; 상기 게이트에 대응되는 위치에 연속적으로 형성된 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층; 상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및 상기 캐핑층의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터를 제공한다. The present invention relates to an oxide thin film transistor and a manufacturing method thereof. An oxide thin film transistor comprising: a gate; A channel continuously formed at a position corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel; A gate insulator formed between the gate and the channel; And a source and a drain formed in contact with both sides of the capping layer, respectively.

Description

산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법{Oxide thin film transistor and manufacturing method for the same}[0001] The present invention relates to an oxide thin film transistor and a manufacturing method thereof,

본 발명은 산화물 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 채널 영역 상에 캐핑층을 형성하여 전기적인 특성을 향상시킨 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an oxide thin film transistor, and more particularly, to an oxide thin film transistor having a capping layer formed on a channel region to improve electrical characteristics and a manufacturing method thereof.

현재 박막 트랜지스터(Thin film transistor)는 다양한 응용 분야에 이용되고 있으며 특히, 디스플레이 분야에서 스위칭 및 구동 소자로 이용되고 있으며, 크로스 포인트형 메모리 소자의 선택 스위치로 사용되고 있다. Background Art Thin film transistors are currently used in various application fields. In particular, they are used as switching and driving elements in a display field and are used as selection switches of a cross-point type memory device.

현재 TV용 패널로서 액정디스플레이(LCD)가 주축을 이루고 있는 가운데, 유기발광 디스플레이도 TV로의 응용을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. TV용 디스플레이 기술 개발은 시장에서 요구하는 바를 충족시키는 방향으로 발전하고 있다. 시장에서 요구하는 사항으로는 대형화된 TV 또는 DID(Digital Information Display), 저가격, 고화질 (동영상표현력, 고해상도, 밝기, 명암비, 색재현력) 등이 있다. 이와 같은 요구 사항에 대응하기 위해서는 유리 등의 기판의 대형화와 함께, 우수한 성능을 갖는 디스플레이의 스위칭 및 구동소자로 적용될 박막 트랜지스터(TFT)가 요구된다. Currently, liquid crystal display (LCD) is the main axis for TV panels, and organic light emitting displays are being studied for application to TV. The development of display technology for TVs is developing in a way to meet the demands of the market. The market requires large-sized TV or DID (Digital Information Display), low price, high definition (video expression power, high resolution, brightness, contrast ratio, color reproduction). In order to meet such a demand, a thin film transistor (TFT) to be applied as a switching and driving element of a display having excellent performance is required along with enlargement of a substrate such as glass.

디스플레이의 구동 및 스위칭 소자로서 사용되는 것으로, 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT)가 있다. 이는 저가의 비용으로 2m가 넘는 대형 기판상에 균일하게 형성될 수 있는 소자로서 현재 가장 널리 쓰이는 소자이다. 그러나, 디스플레이의 대형화 및 고화질화 추세에 따라 소자 성능 역시 고성능이 요구되어, 이동도 0.5 cm2/Vs수준의 기존의 a-Si TFT는 한계에 다다를 것으로 판단된다. 따라서 a-Si TFT보다 높은 이동도를 갖는 고성능 TFT 및 제조 기술이 필요하다. An amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) is used as a driving and switching element of a display. This is the most widely used device which can be formed uniformly on a large substrate over 2m at a low cost. However, due to the trend toward larger size and higher quality of display, high performance is required for device performance, and it is considered that the conventional a-Si TFT having a mobility of 0.5 cm 2 / Vs is at the limit. Therefore, there is a need for high-performance TFTs and manufacturing techniques with higher mobility than a-Si TFTs.

a-Si TFT 대비 월등히 높은 성능을 갖는 다결정 실리콘 박막트랜지스터(poly-Si TFT)는 수십에서 수백 cm2/Vs의 높은 이동도를 갖기 때문에, 기존 a-Si TFT에서 실현하기 힘들었던 고화질 디스플레이에 적용할 수 있는 성능을 갖는다. 또한, a-Si TFT에 비해 소자 특성 열화 문제가 매우 적다. 그러나, poly-Si TFT를 제작하기 위해서는 a-Si TFT에 비해 복잡한 공정이 필요하고 그에 따른 추가 비용도 증가한다. 특히 p-Si TFT 는 대형 기판에 적용시 균일도가 감소하는 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, p-Si TFT는 디스플레이의 고화질화나 OLED와 같은 제품에 응용되기 적합하지만, 비용 면에서는 기존 a-Si TFT에 비해 열세이므로 응용이 제한적인 단점이 있다. 그리고 p-Si TFT의 경우, 제조 장비의 한계나 균일도 불량과 같은 기술적인 문제로 현재까지는 1 m가 넘는 대형기판을 이용한 제조공정이 실현되고 있지 않기 때문에, TV 제품으로의 응용이 어렵다. Polycrystalline silicon thin film transistor (poly-Si TFT), which has much higher performance than a-Si TFT, has a high mobility of several tens to several hundreds cm 2 / Vs, and thus can be applied to a high- . In addition, the problem of deterioration of the device characteristics is very small as compared with the a-Si TFT. However, in order to fabricate a poly-Si TFT, a complicated process is required compared to an a-Si TFT, and the additional cost is also increased. In particular, the p-Si TFT has a large disadvantage that uniformity is reduced when applied to a large substrate. Therefore, p-Si TFT is suitable for high definition display and products such as OLED, but its cost is inferior to that of conventional a-Si TFT, so its application is limited. In the case of p-Si TFTs, manufacturing processes using large-sized substrates larger than 1 m have not been realized so far due to technical problems such as limitations of manufacturing equipment and unevenness in uniformity. Thus, application to TV products is difficult.

이에 따라 a-Si TFT의 장점과 poly-Si TFT의 장점을 모두 지닌 새로운 TFT기 술에 대한 요구되었다. 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 대표적인 것으로 산화물 박막 트랜지스터이다. Accordingly, a new TFT technology having both advantages of a-Si TFT and advantages of poly-Si TFT is required. Research on this is actively being made, and oxide thin film transistors are representative.

최근 각광을 받는 산화물 박막 트랜지스터로 Ga-In-Zn 산화물(GIZO) 등의 Zn산화물계 박막 트랜지스터가 있다. ZnO계 반도체 소자는 저온 공정으로 제작이 가능하고 비정질 상이기 때문에 대면적화가 용이한 장점을 가진다. 또한, ZnO 계 반도체 필름은 고이동도의 물질로서 다결정 실리콘과 같은 매우 양호한 전기적 특성을 갖는다. 현재, 이동도(mobility)가 높은 산화물 반도체 물질층, 즉 ZnO 계열(based) 물질층을 박막 트랜지스터의 채널 영역에 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. Recently, there have been Zn oxide thin film transistors such as Ga-In-Zn oxide (GIZO) as an oxide thin film transistor which receives light in the near future. ZnO-based semiconductor devices can be fabricated by a low-temperature process and have amorphous phases, which is advantageous in facilitating large-area fabrication. Further, the ZnO-based semiconductor film is a material having a high mobility and has very good electrical properties such as polycrystalline silicon. Currently, research is being conducted to use a layer of an oxide semiconductor material having a high mobility, that is, a ZnO based material layer in a channel region of a thin film transistor.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 캡핑층을 포함하는 채널을 포함하여 우수한 전기적 특성을 지닌 산화물 박막 트랜지스터를 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide an oxide thin film transistor having excellent electrical characteristics including a channel including a capping layer.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 캡핑층을 포함하는 채널을 지닌 산화막 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a method of fabricating an oxide thin film transistor having a channel including a capping layer.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

산화물 박막 트랜지스터에 있어서, In an oxide thin film transistor,

게이트;gate;

상기 게이트에 대응되는 위치에 연속적으로 형성된 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층; A channel continuously formed at a position corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel;

상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및A gate insulator formed between the gate and the channel; And

상기 캐핑층의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터를 제공한다. And a source and a drain formed in contact with both sides of the capping layer, respectively.

본 발명에 있어서, 상기 채널은 In-Zn 산화물에 Ni를 도핑한 물질로 형성된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the channel may be formed of an In-Zn oxide doped with Ni.

본 발명에 있어서, 상기 채널은 Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소를 도핑한 물질로 형성된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the channel is formed of a material doped with a Group 1, Group 2 or Group 3 transition element in a Ni-In-Zn oxide.

본 발명에 있어서, 상기 1족 전이 원소는 Cu, Ag 또는 Au이며, 상기 2족 전 이 원소는 Pd, Pt 또는 Ds이며, 상기 3족 전이원소는 Co, Ir 또는 Mt인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the first group transition element is Cu, Ag or Au, the second group transition element is Pd, Pt or Ds, and the third group transition element is Co, Ir or Mt.

본 발명에 있어서, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the capping layer is a Ga-In-Zn oxide.

본 발명에 있어서, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물에 1족 또는 2족 원소가 더 도핑된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the capping layer is characterized in that a Group 1 or Group 2 element is further doped in the Ga-In-Zn oxide.

또한, 본 발명에서는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, In the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention,

기판 상에 게이트를 형성하고, 상기 기판 및 상기 게이트 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;Forming a gate on the substrate, and forming a gate insulating layer on the substrate and the gate;

상기 게이트에 대응되는 게이트 절연층 상에 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층을 형성하는 단계; 및Forming a channel on the gate insulating layer corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel; And

상기 캐핑층의 양측부에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다. And forming source and drain regions on both sides of the capping layer.

본 발명에 있어서, 상기 채널은 In-Zn 산화물에 Ni를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the channel is formed by doping In-Zn oxide with Ni.

본 발명에 있어서, 상기 채널은 Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the channel is formed by doping a Group 1, Group 2, or Group 3 transition element with Ni-In-Zn oxide.

본 발명에 있어서, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물로 형성하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the capping layer is formed of a Ga-In-Zn oxide.

본 발명에 있어서, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물에 1족 또는 2족 원소를 더 도핑하여 형성하는 것 특징으로 한다. In the present invention, the capping layer is formed by doping a Group 1 or Group 2 element with a Ga-In-Zn oxide.

또한, 본 발명에서는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, In the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention,

기판 상의 일영역에 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층을 형성하는 단계;Forming a channel in one region on the substrate and a capping layer having a higher work function than the channel;

상기 캐핑층의 양측부에 소스 및 드레인을 형성하고 상기 캐핑층을 노출시키는 단계; 및 Forming a source and a drain on both sides of the capping layer and exposing the capping layer; And

상기 캐핑층, 소스 및 드레인 상에 게이트 절연층을 형성하고, 상기 캐핑층에 대응되는 상기 게이트 절연층 상에 게이트를 형성하는 단계;를 포함하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.Forming a gate insulating layer on the capping layer, the source and the drain, and forming a gate on the gate insulating layer corresponding to the capping layer.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다. According to the present invention, there are the following effects.

첫째, 산화물 박막 트랜지스터의 활성 영역을 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 물질로 형성된 캐핑층의 다층 구조로 형성하여 새로운 구조 및 새로운 물질을 채널로 적용한 산화물 박막 트랜지스터를 제공한다. First, an active region of an oxide thin film transistor is formed into a multi-layer structure of a capping layer formed of a material having a channel and a work function higher than that of the channel, and a new structure and a new material are applied to the channel.

둘째, 새로운 물질을 사용하여 On/Off 전류 특성 및 S.S 특성이 우수한 산화물 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다. Second, it is possible to provide an oxide thin film transistor having excellent On / Off current characteristics and S.S characteristics by using a new material.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 산화물 반도체 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 도면에 도시된 각 층의 두께 및 폭은 설명을 위하여 다소 과장되게 표현되었음을 명심하여야 한다. Hereinafter, an oxide semiconductor according to an embodiment of the present invention and a method for fabricating the same will be described in detail with reference to the drawings. For reference, it should be noted that the thickness and width of each layer shown in the drawings are exaggerated for clarity.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터를 나타 낸 도면이다. 도 1a는 바텀 게이트(bottom gate)형 산화물 박막 트랜지스터 구조를 나타낸 것이며, 도 1b는 탑게이트(top gate)형 산화물 박막 트랜지스터 구조를 나타낸 도면이다. 1A and 1B are views showing an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a structure of a bottom gate type oxide thin film transistor, and FIG. 1B shows a structure of a top gate type oxide thin film transistor.

본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터는 게이트; 상기 게이트에 대응되는 위치에 연속적으로 형성된 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층; 상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및 상기 캐핑층의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함한다. 이를 바텀 게이트 및 탑 게이트 구조로 각각 나누어 설명하면 다음과 같다. An oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a gate; A channel continuously formed at a position corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel; A gate insulator formed between the gate and the channel; And a source and a drain formed in contact with both sides of the capping layer, respectively. The bottom gate structure and the top gate structure are described below.

도 1a를 참조하면, 기판(11)의 일영역 상에 게이트(12)가 형성되어 있으며, 기판(11) 및 게이트(12) 상에는 게이트 절연층(13)이 형성되어 있다. 기판(11)이 실리콘인 경우 그 표면에 산화층을 포함할 수 있다. 게이트(12)에 대응되는 게이트 절연층(13) 상에는 활성 영역에 해당하는 채널(14) 및 캡핑층(15)(capping layer)이 형성되어 있다. 그리고, 캐핑층(15)의 양측부 및 게이트 절연층(13) 상에는 소스(16a) 및 드레인(16b)이 형성되어 있으며, 캐핑층(15), 소스(16a) 및 드레인(16b) 상에는 패시베이션층(17)이 형성되어 있다. 1A, a gate 12 is formed on one region of a substrate 11, and a gate insulating layer 13 is formed on a substrate 11 and a gate 12. As shown in FIG. If the substrate 11 is silicon, it may include an oxide layer on its surface. A channel 14 and a capping layer 15 corresponding to the active region are formed on the gate insulating layer 13 corresponding to the gate 12. A source 16a and a drain 16b are formed on both sides of the capping layer 15 and on the gate insulating layer 13. A passivation layer 15 is formed on the capping layer 15 and the source 16a and the drain 16b, (17) are formed.

도 1b를 참조하면, 기판(111)의 일영역 상에 활성 영역에 해당하는 채널(112) 및 캐핑층(113)이 형성되어 있다. 캐핑층(113)의 양측부에는 소스(114a) 및 드레인(114b)이 형성되어 있으며, 캐핑층(113), 소스(114a) 및 드레인(114b) 상에는 게이트 절연층(115)이 형성되어 있다. 캐핑층(113)에 대응되는 게이트 절연층(115) 상에는 게이트(116)가 형성되어 있으며, 게이트(116) 및 게이트 절연 층(115) 상에는 패시베이션층(117)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 1B, a channel 112 and a capping layer 113 corresponding to the active region are formed on one region of the substrate 111. A source 114a and a drain 114b are formed on both sides of the capping layer 113 and a gate insulating layer 115 is formed on the capping layer 113 and the source 114a and the drain 114b. A gate 116 is formed on the gate insulating layer 115 corresponding to the capping layer 113 and a passivation layer 117 is formed on the gate 116 and the gate insulating layer 115.

본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터는 활성 영역으로 채널 및 채널의 일면에 적어도 한 층 이상의 캐핑층을 지닌 것을 특징으로 한다. 여기서, 캐핑층은 채널보다 높은 일함수를 지닌 물질로 형성된 것을 특징으로 한다. The oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention is characterized by having at least one capping layer on one side of a channel and a channel as an active region. Here, the capping layer is formed of a material having a higher work function than the channel.

본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터를 형성하는 각 층의 물질에 대해 설명하면 다음과 같다. 기판(11, 111)은 통상적인 반도체 소자의 기판으로 사용되는 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 Si, glass 또는 유기물 재료를 사용할 수 있다. 게이트(12, 116)는 전도성 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 금속 또는 금속 산화물일 수 있다. 게이트 절연층(13, 115)은 통상적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성할 수 있으며, 실리콘 산화물 또는 질화물을 이용할 수 있다. 예를 들면, SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 HfO2, Al2O3, Si3N4를또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 소스(16a, 114a) 및 드레인(16b, 114b)은 전도성 물질을 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 금속 또는 전도성 산화물을 이용할 수 있다.The materials of the respective layers forming the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention will be described as follows. The substrates 11 and 111 may be formed of a material used as a substrate of a conventional semiconductor device, for example, Si, glass or an organic material. The gates 12 and 116 may use a conductive material, for example, a metal or a metal oxide. The gate insulating layers 13 and 115 may be formed using an insulating material used in a typical semiconductor device, and silicon oxide or nitride may be used. For example, HfO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , or a mixture thereof may be used as the high-K material having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 . The sources 16a and 114a and the drains 16b and 114b may be formed using a conductive material such as a metal such as Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, or Cu, or an IZO (InZnO) Or a metal or conductive oxide such as AZO (AlZnO).

본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 캐핑층(15, 113)은 채널(14, 112)보다 높은 일함수(work function)을 지닌 물질로 형성된 것을 특징으로 한다. 구체적으로 채널(14, 112) 및 캐핑층(15, 113)을 형성하는 물질을 예를 들면 다음과 같다. 채널(14, 112)은 In-Zn 산화물(IZO)에 Ni를 도핑한 물질, NIZO를 사 용할 수 있다. 그리고, Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소을 더 도핑하여 사용할 수 있다. 1족 전이 원소는 Cu, Ag 또는 Au 등을 사용할 수 있다. 2족 전이 원소는 Pd, Pt 또는 Ds 등을 사용할 수 있다. 3족 전이 원소는 Co, Ir 또는 Mt 등을 사용할 수 있다. 캐핑층(15, 113)은 채널(14, 112)보다 일함수가 큰 물질로 형성하며, Ga-In-Zn 산화물(GIZO) 또는 Ga-In-Zn 산화물에 Cu 또는 Ni 등의 1족 또는 2족 원소가 도핑된 물질을 사용할 수 있다. The capping layers 15 and 113 of the oxide thin film transistor according to the embodiment of the present invention are formed of materials having a work function higher than that of the channels 14 and 112. Specifically, the materials forming the channels 14 and 112 and the capping layers 15 and 113 are, for example, as follows. The channels 14 and 112 may be made of Ni-doped Ni-doped In-Zn oxide (IZO). The Ni-In-Zn oxide may further be doped with a Group 1, Group 2 or Group 3 transition element. The first group transition element may be Cu, Ag or Au. Pd, Pt, or Ds may be used as the Group 2 transition element. The Group 3 transition element may be Co, Ir or Mt. The capping layers 15 and 113 are formed of a material having a work function larger than that of the channels 14 and 112. The capping layers 15 and 113 are formed of a material such as Cu or Ni such as Ga or In Group-element doped materials may be used.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, a method of manufacturing an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2a 내지 도 2h는 도 1a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 바텀 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.FIGS. 2A to 2H are views illustrating a method of manufacturing an oxide thin film transistor of a bottom gate structure according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A.

도 2a를 참조하면, 기판(11)을 마련한다. 기판(11)은 Si, glass 또는 유기물 재료를 사용할 수 있다. Si 기판을 사용하는 경우, 열산화 공정에 의해 표면에 절연층을 형성할 수 있다. 기판(11) 상에 게이트 전극(12)을 형성하기 위하여 금속 또는 전도성 금속 산화물 등의 전도성 물질을 도포하여 한다. 그리고, 도 2b에 난타낸 바와 같이, 전도성 물질을 패터닝함으로써 게이트(12)를 형성한다. Referring to FIG. 2A, a substrate 11 is provided. The substrate 11 may be made of Si, glass or an organic material. When a Si substrate is used, an insulating layer can be formed on the surface by a thermal oxidation process. A conductive material such as a metal or a conductive metal oxide is applied to form the gate electrode 12 on the substrate 11. Then, as shown in FIG. 2B, the gate 12 is formed by patterning a conductive material.

도 2c를 참조하면, 기판(11) 및 게이트(12) 상에 절연 물질을 도포하여 게이트 절연층(13)을 형성한다. Referring to FIG. 2C, an insulating material is applied on the substrate 11 and the gate 12 to form the gate insulating layer 13.

도 2d를 참조하면, 게이트(12)에 대응되는 게이트 절연층(13) 상에 채널 물질 및 캐핑층 물질을 PVD, CVD 또는 ALD 등의 공정으로 도포한다. 그리고, 도 2e에 나타낸 바와 같이, 패터닝 공정을 실시하여 채널(14) 및 캐핑층(15)을 형성한다. Referring to FIG. 2D, a channel material and a capping layer material are applied by a process such as PVD, CVD, or ALD on the gate insulating layer 13 corresponding to the gate 12. Then, as shown in FIG. 2E, a patterning process is performed to form the channel 14 and the capping layer 15.

도 2f를 참조하면, 게이트 절연층(13) 및 캐핑층(15) 상에 금속 또는 전도성 금속 산화물 등을 도포하여 전도성 물질층(16)을 형성한다. 그리고, 도 2g를 참조하면, 전도성 물질층(16)을 식각하여 소스(16a) 및 드레인(16b)을 형성하고, 캐핑층(15)을 노출시킨다. Referring to FIG. 2F, a metal or a conductive metal oxide or the like is coated on the gate insulating layer 13 and the capping layer 15 to form a conductive material layer 16. 2G, the conductive material layer 16 is etched to form the source 16a and the drain 16b, and the capping layer 15 is exposed.

마지막으로 도 2h를 참조하면, 캐핑층(15) 상에 절연물질을 도포하여 패시베이션층(17)을 형성한다. Finally, referring to FIG. 2h, an insulating material is applied on the capping layer 15 to form the passivation layer 17. [

도 3a 내지 도 3g는 도 1b에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 탑 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다.3A to 3G are views illustrating a method of manufacturing a top gate structure oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention shown in FIG.

도 3a를 참조하면, 기판(111)을 마련한다. 기판(111)은 Si, glass 또는 유기물 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 기판(111) 상에 채널 물질 및 캐핑층 물질을 PVD, CVD 또는 ALD 등의 공정으로 도포한다. 그리고, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 패터닝 공정을 실시하여 채널(112) 및 캐핑층(113)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a substrate 111 is provided. The substrate 111 may be made of Si, glass or an organic material. Then, the channel material and the capping layer material are coated on the substrate 111 by a process such as PVD, CVD, or ALD. Then, as shown in FIG. 3B, the channel 112 and the capping layer 113 are formed by a patterning process.

도 3c를 참조하면, 기판(111) 및 캐핑층(113) 상에 금속 또는 전도성 금속 산화물 등을 도포하여 전도성 물질층(114)을 형성한다. 그리고, 도 3d를 참조하면, 전도성 물질층(114)을 식각하여 소스(114a) 및 드레인(114b)을 형성하고, 캐핑층(113)을 노출시킨다. Referring to FIG. 3C, a metal or conductive metal oxide is coated on the substrate 111 and the capping layer 113 to form a conductive material layer 114. 3D, the conductive material layer 114 is etched to form the source 114a and the drain 114b, and expose the capping layer 113. Next, as shown in FIG.

도 3e를 참조하면, 캐핑층(113), 소스(114a) 및 드레인(114b) 상에 절연 물질을 도포하여 게이트 절연층(115))을 형성한다. 도 3f를 참조하면, 게이트 절연층(115) 상에 금속 또는 전도성 금속 산화물 등의 전도성 물질을 도포한 뒤, 이를 패터닝하여 게이트(116)를 형성한다. Referring to FIG. 3E, an insulating material is coated on the capping layer 113, the source 114a, and the drain 114b to form the gate insulating layer 115). Referring to FIG. 3F, a conductive material such as a metal or a conductive metal oxide is coated on the gate insulating layer 115, and the gate 116 is formed by patterning the conductive material.

도 3g를 참조하면, 게이트 절연층(115) 및 게이트(116) 상에 절연 물질을 도포하여 패시베이션층(117)을 형성한다. Referring to FIG. 3G, an insulating material is applied on the gate insulating layer 115 and the gate 116 to form a passivation layer 117.

상술한 방법으로 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터를 형성한 후, 400℃ 이하, 예를 들어 300℃의 온도에서 퍼니스, RTA(rapid thermal annealing), 레이저 또는 핫플레이트에 등을 이용하여 열처리 공정을 더 실시할 수 있다. After forming the oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention by the above-described method, the oxide thin film transistor is annealed at a temperature of 400 DEG C or less, for example, 300 DEG C by using a furnace, rapid thermal annealing (RTA) Further processing can be carried out.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적인 특성에 대해 설명하고자 한다. Hereinafter, electrical characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 그래프이며, 도 5는 종래 기술에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing electrical characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing electrical characteristics of a conventional oxide thin film transistor.

도 4는 활성 영역으로 NIZO 채널층과 Cu를 도핑한 GIZO로 형성한 캐핑층을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터에 대해 소스-드레인 전압(Vd)을 0.1, 5.1, 10.1V로 각각 고정한 상태에서 게이트 전압(VGS)-드레인 전류(IDS) 값의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 소스-드레인 전압이 10.1V인 경우, On 전류 값이 약 10-4 A이고, Off 전류 값이 10-12A 이하이며, On/Off 전류 비는 108 이상인 것을 알 수 있다. 그리고, Subthreshold swing(S.S)은 약 0.83V/dec이었다. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vd) and the gate voltage (Vd) in a state where the source-drain voltage Vd is fixed at 0.1, 5.1, and 10.1 V, respectively, to the oxide thin film transistor including the cap layer formed of GIZO doped with NIZO channel layer and Cu as the active region VGS) -Drain Current (IDS) value. Referring to FIG. 4, when the source-drain voltage is 10.1 V, it can be seen that the On current value is about 10 -4 A, the Off current value is 10 -12 A or less, and the On / Off current ratio is 10 8 or more have. The subthreshold swing (SS) was about 0.83 V / dec.

도 5는 활성 영역으로 NIZO 채널층만을 형성한 산화물 박막 트랜지스터에 대해 소스-드레인 전압(Vd)을 0.1, 5.1, 10.1V로 각각 고정한 상태에서 게이트 전 압(VGS)-드레인 전류(IDS) 값의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 소스-드레인 전압이 10.1V인 경우, On/Off 전류 비는 105 정도이며, Subthreshold swing(S.S)은 약 4.90V/dec이었다. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gate voltage (VGS) -drain current (IDS) value and the gate-to-source voltage of the oxide thin film transistor in which only the NIZO channel layer is formed as the active region, with the source-drain voltage Vd fixed at 0.1, 5.1, Fig. Referring to FIG. 5, when the source-drain voltage is 10.1 V, the on / off current ratio is about 10 5 and the subthreshold swing (SS) is about 4.90 V / dec.

도 6에서는 도 4 및 도 5의 소스-드레인 전압(Vd)이 0.1V이 경우를 비교한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 활성 영역에 채널 및 채널의 일면에 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층을 형성함으로써, on/off 전류비를 크게 향상시킬 수 있으며, S.S 특성도 향상되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 6 is a graph comparing the case where the source-drain voltage Vd of FIG. 4 and FIG. 5 is 0.1 V. FIG. Referring to FIG. 6, on / off current ratio can be greatly improved by forming a capping layer having a work function higher than that of a channel on one side of a channel and a channel in the active region, and the S.S characteristic is also improved.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 캡핑층의 두께에 따른 전기적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7은 활성 영역으로 NIZO 채널층과 Cu를 도핑한 GIZO로 형성한 캐핑층을 포함하는 산화물 박막 트랜지스터에서 캐핑층의 두께를 각각 350Å 및 250Å으로 형성한 시편을 마련하여 전기적 특성을 조서한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 캐핑층이 두꺼워짐에 따라 Ioff가 감소하며, S.S 특성은 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나 캐핑층의 두께에 따라 Ion의 변화는 크지 않은 것을 알 수 있다. 7 is a graph showing electrical characteristics according to thickness of a capping layer of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing the electrical characteristics of an oxide thin film transistor including an NIZO channel layer doped with Cu and a capping layer formed of GIZO doped with Cu as an active region by forming a capping layer having a thickness of 350 ANGSTROM and 250 ANGSTROM, respectively . Referring to FIG. 7, it can be seen that as the capping layer becomes thicker, Ioff decreases and the S.S characteristic improves. However, it can be seen that the change of Ion is not large depending on the thickness of the capping layer.

상기와 같은 실시예를 통해서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 산화물 박막 트랜지스터를 이용하여 디스플레이 또는 크로스 포인트형 메모리 소자 등의 다양한 전자 소자를 제조할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the appended claims. It will be possible.

결과적으로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니 고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.As a result, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 바텀 게이트 구조를 나타낸 도면이다. 1A is a view illustrating a bottom gate structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 탑 게이트 구조를 나타낸 도면이다.1B is a top gate structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2h는 도 1a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 바텀 게이트 구조의 제조 방법을 나타낸 도면이다.FIGS. 2A to 2H are views illustrating a method of manufacturing a bottom gate structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A.

도 3a 내지 도 3g는 도 1b에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 탑 게이트 구조의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 3A to 3G are views illustrating a method of manufacturing a top gate structure of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention shown in FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing electrical characteristics of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 5는 종래 기술에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing electrical characteristics of an oxide thin film transistor according to the related art.

도 6은 본 발명의 종래 기술에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 비교한 그래프이다.6 is a graph comparing electric characteristics of oxide thin film transistors according to the conventional art of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 산화물 박막 트랜지스터의 캡핑층의 두께에 따른 전기적 특성을 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing electrical characteristics according to thickness of a capping layer of an oxide thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 > Description of the Related Art

11, 111... 기판 12, 116... 게이트 11, 111 ... substrate 12, 116 ... gate

13, 115... 게이트 절연층 14, 112... 채널13, 115 ... gate insulating layer 14, 112 ... channel

15, 113... 캐핑층 16a, 114a... 소스15, 113 ... capping layer 16a, 114a ... source

16b, 114b... 드레인 17, 117... 패시베이션층16b, 114b ... drain 17, 117 ... passivation layer

Claims (16)

산화물 박막 트랜지스터에 있어서, In an oxide thin film transistor, 게이트;gate; 상기 게이트에 대응되는 위치에 연속적으로 형성된 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층; A channel continuously formed at a position corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel; 상기 게이트 및 채널 사이에 형성되는 게이트 절연체; 및A gate insulator formed between the gate and the channel; And 상기 캐핑층의 양측부와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.And a source and a drain formed in contact with both sides of the capping layer, respectively. 제 1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 채널은 In-Zn 산화물에 Ni를 도핑한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.Wherein the channel is formed of an In-Zn oxide doped with Ni. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 채널은 Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소를 도핑한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.Wherein the channel is formed of a material doped with a Group 1, Group 2 or Group 3 transition element in the Ni-In-Zn oxide. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 1족 전이 원소는 Cu, Ag 또는 Au이며, 상기 2족 전이 원소는 Pd, Pt 또는 Ds이며, 상기 3족 전이원소는 Co, Ir 또는 Mt인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.Wherein the Group 1 transition element is Cu, Ag, or Au, the Group 2 transition element is Pd, Pt, or Ds, and the Group 3 transition element is Co, Ir, or Mt. 제 2항에 있어서, 3. The method of claim 2, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.Wherein the capping layer is a Ga-In-Zn oxide. 제 5항에 있어서, 6. The method of claim 5, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물에 1족 또는 2족 원소가 더 도핑된 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터.Wherein the capping layer is doped with a Group 1 or Group 2 element in the Ga-In-Zn oxide. 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, A method of manufacturing an oxide thin film transistor, 기판 상에 게이트를 형성하고, 상기 기판 및 상기 게이트 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;Forming a gate on the substrate, and forming a gate insulating layer on the substrate and the gate; 상기 게이트에 대응되는 게이트 절연층 상에 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층을 형성하는 단계;Forming a channel on the gate insulating layer corresponding to the gate and a capping layer having a work function higher than the channel; 상기 캐핑층의 양측부에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.And forming a source and a drain on both sides of the capping layer. 제 7항에 있어서, 8. The method of claim 7, 상기 채널은 In-Zn 산화물에 Ni를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the channel is formed by doping In-Zn oxide with Ni. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 채널은 Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the channel is formed by doping a Group 1, Group 2, or Group 3 transition element in a Ni-In-Zn oxide. 제 7항에 있어서, 8. The method of claim 7, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the capping layer is formed of a Ga-In-Zn oxide. 제 10항에 있어서, 11. The method of claim 10, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물에 1족 또는 2족 원소를 더 도핑하여 형성하는 것 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the capping layer is formed by further doping a Group 1 or Group 2 element with a Ga-In-Zn oxide. 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, A method of manufacturing an oxide thin film transistor, 기판 상의 일영역에 채널 및 상기 채널보다 높은 일함수를 지닌 캐핑층을 형성하는 단계;Forming a channel in one region on the substrate and a capping layer having a higher work function than the channel; 상기 캐핑층의 양측부에 소스 및 드레인을 형성하고 상기 캐핑층을 노출시키는 단계; 및 Forming a source and a drain on both sides of the capping layer and exposing the capping layer; And 상기 캐핑층, 소스 및 드레인 상에 게이트 절연층을 형성하고, 상기 캐핑층에 대응되는 상기 게이트 절연층 상에 게이트를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Forming a gate insulating layer on the capping layer, the source and the drain, and forming a gate on the gate insulating layer corresponding to the capping layer. 제 12항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 채널은 In-Zn 산화물에 Ni를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the channel is formed by doping In-Zn oxide with Ni. 제 12항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 채널은 Ni-In-Zn 산화물에 1족, 2족 또는 3족 전이 원소를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the channel is formed by doping a Group 1, Group 2, or Group 3 transition element in a Ni-In-Zn oxide. 제 12항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the capping layer is formed of a Ga-In-Zn oxide. 제 15항에 있어서, 16. The method of claim 15, 상기 캐핑층은 Ga-In-Zn 산화물에 1족 또는 2족 원소를 더 도핑하여 형성하는 것 특징으로 하는 산화물 박막 트랜지스터의 제조 방법.Wherein the capping layer is formed by further doping a Group 1 or Group 2 element with a Ga-In-Zn oxide.
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